Embed Size (px)
Citation preview
1
Mjerenje prizemnog vjetra
Anemometar Ultrasonični anemometar anemogram
1 m/s=3.6 km/h=2 čvora
2
Mjerenje vjetraSODAR (SOnic Detection And Ranging), je mjerni meteorološki instrument koji se koristi za
daljinsko mjerenje vertikalne strukture vjetra za niži sloj atmosfere, kao i njene termodinamičke strukture.
Osnovni princip rada sodara jest odašiljanje zvučnog signala (impulsa) u atmosferu te primanje povratnog raspršenog zvučnog signala u kratkom vremenskom periodu.
LIDAR (Light Detection and Ranging) je
optički instrument za precizno mjerenje
brzine vjetra i njegov smjer preko
velikog područja u realnom vremenu.
WIND PROFILER je instrument koji
koristi zvučne ili radarske valove za
mjerenje brzine i smjera vjetra na
različitim visinama iznad tla.
3
U nedostatku instrumenta za mjerenje brzine vjetra služimo se procjenama jačine vjetra Beaufortova skala snage vjetra (skala ima podjele od 0-12 tj ukupno njih 13)
Jačina 0:Brzina vjetra manja od 1 čvora,More: glatko kao
ogledalo (bonaca).
Jačina 2:Brzina vjetra: od 4 do 6 čvorova,More: visina valova 0.2-0.3 m; pojavljuju se valići s krestama koje se ne lome.
Jačina 10:Brzina vjetra: od 48 do 55 čvorova,More: visina valova 9-12.5 m; more se počinje valjati, još više bijelih pruga koje razvlači vjetar s vrhova prelomljenih krijesta. Vidljivost uslijed raspršenja može biti smanjena.
Jačina 7:Brzina vjetra: od 28 do 33 čvora,More: visina valova 4.0-5.5 m; more postaje uzburkano. S raspršenih vrhova valova vjetar razvlači bijele pruge.
Jačina 4:Brzina vjetra: od 11 do 17 čvorova,More: visina valova 1.0-1.5 m; valovi postaju dulji. Česte bjele kapice.
Jačina 6:Brzina vjetra: od 22 do 27 čvorova,More: visina valova 3.0-4.0 m; valovi postaju još dulji. Česte bjele kapice koje se raspršuju.
1 Bf = 1.1 m/s2 Bf = 2.5 m/s3 Bf = 4.5 m/s4 Bf = 6.7 m/s…
4
•O brzini vjetra ovisi isparavanje, erozija tla i taloženje čestica kao i ljudski osjet topline.•Vrlo brzo gibanje zraka izravno djeluje na vegetaciju, građevine i promet, osobito zračni i pomorski.
•Površina tla pruža otpor zračnim strujama i tako im smanjuje brzinu
•brzina raste s udaljenošću od podloge i to najbrže u donjih nekoliko metara uz tlo ⇒anemometri na visini od 10 m
•U visini, u slobodnoj atmosferi najveće brzine se nalaze često ispod same tropopauze (mlazna struja), a iznad toga se brzina smanjuje
•Dnevni hod brzine vjetra za neporemećene dane ili u prosjeku ima oblik vala
Prikaz vjetra; brzina vjetra
(b)
0
1
2
3
4
5
1 4 7 10 13 16 19 22
t (h)
sre
dnja
ska
larn
a br
zina
vjet
ra (m
s-1
)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
sta
lnos
t (%
)
5
•Smjer vjetra je također važna klimatska karakteristika, posebno zato što promjene smjera često označuju promjenu vremena, a u mnogim krajevima vjetar iz određenog smjera izravno označava tip vremena.
•Odvojeno razmatranje smjera i brzine vjetra je najjednostavnije, ali može dati manjkave informacije
• Trenje je faktor koji utječe na smjer i brzinu vjetra istovremeno• Udaljavajući se od tla u visinu vjetar postaje jači i skreće u desno dok se ne poklopi sa smjerom izobara tako da mu je niski tlak lijevo.
•Posljedica: ciklone i anticiklone na moru su relativno duljeg vijeka nego na kopnu-gdje se ciklone brže ispunjavaju i anticiklone brže slabe.
•Prosječni otklon stvarnog vjetra od izobara iznosi u srednjoj Europi oko 46°, na obali Atlantika 13°a na pučini 10°. •Brzina vjetra na moru iznosi oko 2/3 brzine geostrofičkog vjetra, dok je na kopnu manja.
Prikaz vjetra; smjer vjetra
6
Prikaz vjetra; ruža vjetra
+C=Calm (tišina)
7
Osim ružama vjetra, vjetar se može prikazati i strujnicama(linije što u svakoj točki imaju vektor vjetra kao tangentu)
KRK
K V A R N E R K V A R N E R
KRK
CRESCRES
UC
KA
UC
KA
VE
LE
BIT
VE
LE
BIT
vektorski srednjaci i strujnice za sjeverni Jadran tijekom ljetnih mjeseci za (b) 14 h i (c) 21 h u
razdoblju od lipnja do kolovoza 1955-1959.
Čestine smjerova vjetra ljeti u Istri i Kvarneru u 14 h
(puna linija) i u 21 h (isprekidana linija).
8
Za podatke na 1 postaji mogu se koristiti i tablice kontingencije.
Tablica kontingencije satnih vrijednosti vjetra u Zagrebu za 12 UTC (1950-1965).
0-5 m/s 6-10 m/s 11-15m/s 16-20 m/s 21-25 m/s >26 m/s Zbroj
N 6 9 11 3 / / 29
NNE 4 11 14 7 1 1 38
NE 9 14 22 9 / / 80
ENE 17 64 20 1 / / 102
E 11 43 9 / / / 63
ESE 5 39 11 / / / 55
SE 7 61 16 / / / 84
SSE 12 94 14 / / / 120
S 11 96 14 1 / / 122
SSW 11 48 17 6 2 / 84
SW 6 30 19 22 9 2 88
WSW 3 25 8 6 2 1 45
W 3 11 10 2 1 / 27
WNW 9 12 3 1 1 / 26
NW 6 5 7 1 1 / 20
NNW 4 10 2 1 / / 17
C / / / / / / /
Zbroj 124 598 197 60 17 4 1000
9
Za podatke na 1 postaji mogu se koristiti i hodografi,
Rijeka. (a) Klimatološki hodograf vjetra (m s-1)izračunat za odabrani skup dana s obalnomcirkulacijom za razdoblje 1991-2004. Vektor vjetrausmjeren je prema ishodištu koordinatnog sustava.Crtkane linije označavaju smjer pružanja obale.Strelice upućuju na smjer rotacije tijekom dana, abrojevi predstavljaju lokalno vrijeme. (b) Stalnostvjetra (%) (zvjezdice) i skalarni srednjak vjetra (ms-1) za odabrani skup dana s obalnom cirkulacijom(kružići).
Skalarni srednjak = ∑ brzine vjetra/N
Vektorski srednjak = se računa iz usrednjenih u i v-
komponenti vjetra
Stalnost vjetra (%)= Vektorski srednjak/skalarni
srednjak
(a)
13
1016
N
19
E
7
W
1
�
4j
22
kopnomore
v (m
s-1)
-2
-1
0
1
2
-1 0 1
u (m s -1)S
(b)
0
1
2
3
4
5
1 4 7 10 13 16 19 22
t (h)
sre
dnja
ska
larn
a br
zina
vjet
ra (m
s-1
)0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
sta
lnos
t (%
)
10
Organizacija meteoroloških mjerenjaWMO (World Meteorological Organization) Svjetska meteorološka
organizacija je krovna organizacija i vodeći autoritet UN koja se bavi stanjem Zemljine atmosfere, njezinom interakcijom s oceanima, klimom i raspodjelom vodnih resursa
� nasljednik međunarodne meteorološke organizacije (International Meteorological Organization - IMO), utemeljene 1873. u Beču
WMO je osnovana 23. 03. 1950. kao specijalna agencija UN za meteorologiju (vrijeme i klimu), hidrologiju i srodne grane geofizike. Dobiva status međuvladine organizacije čime je priznat položaj meteorologije u svijetu
� razmjenjuje oko 15 milijuna znakovnih podataka na dan i izrađuje 2000 vremenskih karata
� WMO okuplja preko 185 država članica � 23.03. - Svjetski meteorološki dan� …
� 2016. g.: U budućnosti: toplije, sušnije, kišovitije!
� 2017. g.: Razumijevanje oblaka
� 2018. g.: Pripravnost na vrijeme - Klimatska inteligencija
� 2019. g. Sunce, Zemlja i vrijeme
11
Organizacija meteoroloških mjerenja
Svjetsko meteorološko bdijenje (WWW-World Weather
Watch) je globalni svjetski sustav za sakupljanje, analizu i distribuciju meteoroloških i njima srodnih informacija koje pripadaju nacionalnim službama svih država članica WMO-a te im služe za operativne i istraživačke ciljeve.
Uspostava WWW zahtjeva:1) standardizaciju metoda i tehnika motrenja i mjerenja2) razvoj zajedničkih telekomunikacijskih procedura i 3) ujednačavanje prikazivanja motrenih i procesiranih informacija.
12WWW
Svjetsko meteorološko bdijenje (WWW)
Sustav Svjetskog meteorološkog bdijenja za prikupljanje, analizu i raspodjelu podataka
13
Organizacija meteoroloških mjerenja (GOS)
�Glavne komponente GOS-a:
�Podsustav površinskih motrenja
�Podsustav svemirskih motrenja
�Podsustav površinskih motrenja se sastoji od mreže
meteoroloških prizemnih i visinskih postaja
na kopnu fiksne
na morupokretne
automatske
neautomatske(s motriteljem)
Visinske postaje mogu biti: pilotbalonske, radiosondažne
14
Organizacija meteoroloških mjerenja (GOS)
• Zbog topografije, sve kopnene sinoptičke postaje nisu na istoj visini da se dijele na prizemne i planinske.
• provodi se redukcija tlaka na morsku razinu (prizemne) odnosno najbližu standardnu izobarnu plohu (planinske)-> najčešće na 850 hPa
Problemi: • za slučaj temperaturne inverzije • slojevi dublji od 1 km ->
moguće veće pogreške u ekstrapolaciji, osobito pri redukciji tlaka na morsku razinu pa se mogu javiti „lažne” anticiklone.
15
Podsustav površinskih motrenja na moru
plutače platforme
Automatske morske postaje mogu biti postavljene na:
�plutače;
�platforme (pomorske platforme; platforme za eksploataciju plina i ulja;mobilne platforme s opremom za bušenje nafte)
� brodovima (lagane plovne objekte; mobilne brodove)
Mrežu mjerenja oceanskih brodova s meteorološkom opremom za površinska ivisinska sinoptička motrenja nadopunjuju komercijalni brodovi koji na svojimplovnim rutama u određenim točkama i terminima rade met. motrenja i šalju ih umeđunarodnu razmjenu.
brod
16WWW
a) procesi male skale (manje od 100 km
npr. lokalni vjetar, grmljavinski procesi, tornada)b) procesi srednje skale (100-1000 km; npr. fronte,oblačni sustavi);c) procesi velike skale (1000-5000 km; npr. ciklone,anticiklone);d) procesi globalne skale (iznad 5000 km; Rossbijevivalovi u gornjoj troposferi).
Podaci motrenja koji se traže za analizu procesa male skalenavedenih pod točkom (a) su podaci specijalne prirode. Onipripadaju programu WMO-a koji se odnose na čovjeka injegovu okolinu. Podaci male skale motrenja odgovarajunacionalnim razinama.
Što se sve motri?
Može se reći da je atmosfera glazbeniinstrument na kojoj se može sviratimnogo melodija. Visoke su zvučnivalovi, niske dugi inercijani valovi, ipriroda je više Beethovenskog negoChopinovog tipa. Više prefereira niskenote, a samo povremeno sviraarpeggio u sopranu i onda samolaganom rukom. (pisao je JuleCharney Philipu Thompsonu12.02.1947 )
17WWW
WMO preporučila minimalne kriterije za gustoću mrežemeteoroloških postaja i čestinu motrenja koja pokrivajusinoptički skalu (u umjerenim širinama).
Vrsta motrenja gustoća čestinazadovoljavajuća minimalna
Sinoptička/kopno 150km 500 km 8 dnevnoSinoptička/ocean 300km 500 km 4 dnevnoRadiosondažnaKopno/ocean 300km 1000 km 4 ili barem 2
Kako se motri
18WWW
Mjerenja u tropima su smanjena na 4 puta dnevno u glavnimterminima; 00, 06, 12 i 18 UTC (Universal Time Coordinated).
Broj prizemnih sinoptičkih postaja raste s vremenom.1972. godine: 8500 motriteljskih postaja na kopnu,
: 550 mobilnih komercijalnih brodova na moru,
1992. godine: 9762 motriteljskih postaja na kopnu,: 7362 mobilnih komercijalnih brodova na moru,: 530 automatskih postaja.
Prije ere satelita pokriveno 20% Zemljine atmosfereadekvatnim motrenjima.
Organizacija meteoroloških mjerenja
19WWW
Tipična gustoća prizemnih meteoroloških motrenja
Organizacija meteoroloških mjerenja
20WWW
Tipična gustoća visinskih meteoroloških motrenja
Organizacija meteoroloških mjerenja
21
Geostacionarni i polarni meteorološki sateliti
Podsustav svemirskih motrenja
22
Satelitska mjerenja1 April 1960 lansiran je prvi meteorološki satelit TIROS 1 (Television and Infra-Red ObservationSatellite) s Floride sa životnim vijekom od 78 dana na oko 700 km.
Snimao je područje USA, istočne Kanade i susjednog Atlantika.
Težio je 122 kg, bio je cilindričan s promjerom od 1.1 m i visinom 0.6 m.
Unatoč svom imenu, ovaj satelit nije imao mogućnost snimanja u infracrvenom dijelu spektra
Mogao je snimati samo oblake danju te nije bio u mogućnosti snimati više zemljopisne širine.
23
SUNCE = izvor energije
absorpcija raspršenje ovisnoo kutu upada
gubitak zbogabsorpcije
OBJEKT
raspršenozračenje
absorpcija
Sensor
gubitak zbograspršenja
emisija
24
� Satelit mjeri:
� Zračenje u područjima “prozora” – onim valnim duljinama u kojima je minimalna apsorpcija od strane atmosferskih plinova
� Zračenje u apsorpcijskim vrpcama – plin u potpunosti apsorbira zračenje na određenoj valnoj duljini i na istoj valnoj duljini ga emitira pa je satelitu vidljiv taj plin, a ne slojevi ispod!
Broj kanala
Spektralnopodručje
(µm)
SREDIŠNJAVALNA
DULJINA (µm)PRIMJENA
1 VIS0.6 0.635 Prepoznavanje i praćenje oblaka, praćenje površine tla i aerosola. U kombinaciji s drugim kanalima može koristiti za računanje vegetacijskog indeksa
2 VIS0.8 0.81
3 NIR1.6 1.64 Razlikovanje snijega od oblaka te vodenih od ledenih oblaka.
4 IR3.9 3.90 Prepoznavanje niskih oblaka i magle noću, procjena temperature tla i mora noću, detekcija šumskih požara.
5 WV6.2 6.25 Mjera za količinu vodene pare u srednjoj troposferi. Osigurava markere za računanje atmosferskog vjetra. Omogućuje pridjeljivanje visine polu-transparentnim oblacima.Dva kanala- dva različita sloja atmosfere.6 WV7.3 7.35
7 IR8.7 8.70 Informacija o tankim cirusima. Omogućije razlikovanje ledenih od vodenih oblaka.
8 IR9.7 9.66 Osjetljiv na koncentraciju ozona u nižoj stratosferi – praćenje ukupnog ozona i dnevnih promjena.
9 IR10.8 10.80 Termički infra-crveni kanali, tzv. “split-window” kanali. Kad se koriste zajedno to omogućuje smanjenje atmosferskih utjecaja na mjerenje temperature površine tla i vrhova oblaka. Za praćenje oblaka, za računanje atmosferskog vjetra, procjenu nestabilnosti.10 IR12.0 12.00
11 IR13.4 13.40 CO2 kanal. Za procjenu nestabilnosi atmosfere, daje informaciju o temperaturi niže troposfere.
12 HRV širokopojasni (0.4 – 1.1 µm)
26
Sateliti daju sljedeće meteorološke informacije:- vertikalnim profilima temperature i vodene pare;
- raspodjelom oblačnih sustava danju i noću;- temperaturama zračenja oblaka, kopna i mora;- razdiobom ukupnog kratkovalnog i dugovalnog zračenjazemlje i atmosfere (reflektiranog i difuznog);
- snježnim i ledenim pokrivačem.
Svaki satelit se sastoji od:
- svemirskog segmenta (sateliti sa senzorima) i
- zemaljskog segmenta (prijemnih postaja na zemlji).
Podsustav svemirskih motrenja
27
Sateliti u polarnoj orbiti
PREDNOSTI:Velika prostorna razlučivost (MODIS ~ 250m)Veći broj instrumenata
NEDOSTATAK:Na niskim geografskim širinama mala vremenska razlučivost
28
Sateliti u geostacionarnoj orbiti
PREDNOSTI:Velika vremenska razlučivost: MSG: 15 min, 5 min, testirano 2.5 min GOES: 15-30 min, 1 min
NEDOSTATAK:Manja prostorna razlučivost:3km/pixel odnosno najviše 1km/pixel
29
Satelitska mjerenjaSkica apsorpcije i raspršenja
Sunčevog zračenja kod zdravih i suhih biljaka
Satelitska slika za 15.07.2011. u 10:10 UTC; vidljiv dim kao posljedica požara na otoku Braču
Usporedba 6-dnevnih kompozita vegetacijskog indeksa u razdoblju prije požara (lijevo) i za
vrijeme/poslije požara (desno)Modis i geostacionarni satelit MSG produkt za 15.07.2011.
1 km 3 km
30WWW
2. Načini prijenosa podataka (GTS)
meteorološki kodovi (ključevi)Prizemnih podataka: SYNOP i SHIPAAXX 05091 14441 42460 81104 10152 20110 30098 40122 55001 8262/
222// 00158 Visinskih podataka: TEMP i PILOT
Analize i prognoze stanja za aerodrom: METAR i TAF
METAR LDSP 1230Z 24014KT 220V300 1200SW 3000NE TSGRSHRA FEW005 SCT015CB BKN025 07/02 Q0994
TAF LDZA 191200Z 191322 VRB02KT 9999 SCT045 TEMPO SHRAPROB30 TEMPO 1418 VRB20KT 5000 TSRA SCT020CB BKN030 BECMG 1416 03012KT
31WWW
2. Načini prijenosa podataka (GTS)
Primjena BUFR depešeBUFR = Binary Universal Form for the Representation of meteorological
data
32WWW
3. Globalni sustav za obradu podataka (GDPS)
Ima za zadatak:1) pre-obrada (pre-processing) podataka, tj. pretraživanje,
kvalitativna kontrola i sortiranje u bazu podataka koja se koristiza izradu produkata;
2) izrada analiza 3D atmosfere na globalnoj skali;3) izrada prognostičkih produkata (polja osnovnih i izvedenih
atmosferskih parametara) na globalnoj skali do 10 danaunaprijed;
4) izrada specijaliziranih produkata kao što su fine kratkoročneprognoze za ograničena područja, dugoročne prognoze (dužeod 10 dana), prognoze putanja tropskih ciklona, specijalnopripremljenih produkata za pomorski i zračni promet i za drugespecijalne potrebe;
5) praćenje i kontroliranje kvalitete motrenih podataka.
33WWW
Svjetski meteorološki centri – WMC su centri koji primjenjujusofisticirane numeričke globalne modele visoke razlučivosti, kojiopisuju relevantne fizikalne procese atmosfere i članicama i drugimGDPS centrima distribuiraju sljedeće produkte;Npr. ECMWF (Reading, UK), NCAR (Boulder, Colorado, USA) i NOAA
1) Globalne hemisferske analize;2) Kratkoročne i srednjoročne prognostičke produkte s globalnom
pokrivenošću te ih po potrebi prezentiraju odvojeno za tropski pojas,umjerene i visoke širine
3) Klimatološke dijagnostičke produkte za sva područja.
WMC također rade verifikaciju i međusobnu usporedbu produkata, podupiruugradnju rezultata istraživanja u operativne modele i osiguravajutreninge o WMC produktima.
3. Globalni sustav za obradu podataka
Pod zadatkom (1) sinoptičke analize
Grafički prikaz
•tlak na razini mora
•temperatura
•rosište •visina podnice•oblaka
•vrsta srednjih oblaka
•pojave u•terminu •motrenja
•vidljivost
•promjena tlaka•u posljednja 3 sata
•broj postaje
•prošlo vrijeme•zadnjih 6 sati 7=snijeg•zadnja 3 sata 6= kiša
•količina niskih oblaka
•smjer i•brzina•vjetra
Prizemne sinoptičke karte
36
•Podaci koji se prikazuju na visinskim kartama, a dobiveni su putem radiosondaže.
•Položaj postaje prikazan je kružićem. •Smjer vjetra poklapa se sa smjerom zastavice tako da se zupci, gledajući u smjeru strujanja prema postaji, nalaze ulijevo. (Za primjer na ovoj slici smjer vjetra je približno sjeveroistočni.) •Brzina vjetra prikazana je brojem i duljinom zubaca. Dulji zubac znači brzinu od 5 m s-1, a kraći brzinu od 2.5 m s-1. Brzina od 25 m s-1 prikazuje se punim trokutićem. (U ovom primjeru brzina vjetra je 12.5 m s-1.) •Temperatura i temp. rosište prikazani su u desetinkama °C. (Ovdje je temperatura 0°C, a temp. rosišta -2.5°C). •Geopotencijal je prikazan u geopotencijalnim dekametrima, ali bez prve znamenke. Ako se radi o 850 hPa plohi, prva znamenka je 1. (U ovom primjeru geopotencijal je 159 gpdam). Ako se radi o 700 hPa plohi, prva znamenka je 2 ili 3, a za 500 hPa plohu prva znamenka je 5.
Visinske sinoptičke karte
Modeli atmosfere
37
(1) Smatra se da su modeli jedino oruđeprognoza za istraživanje određenogsustava ili procesa bez obzira radi li seo transportu onečišćujućih tvari uKvarneru ili odgovor atmosfere u cjelinina promjenu koncentracija CO2 plina.
Zašto modeli i modeliranje?!
Iako mjerenja daju mnogoinformacija o sadašnjim iliprošlim atmosferskim uvjetima nedaju informacije o budućojatmosferi.
Ona pretpostavljaju da se budućnostpojava u atmosferi ekstrapolira natemelju podataka iz prošlosti, što nijeuvijek dobar pristup.
Imaju li mjerenjaograničenja?!
(3) Pomoću naprednih modela mogu sepromatrati samo određeni procesiunutar jednog sustava ili dio procesaunutar povratne sprege
(2) Omogućuju prognozu neke pojavetamo gdje nema mjerenja(oceani, noć, kompleksan teren)
(4) Pomoću idealiziranih simulacija(testova osjetljivosti) učimo opojavama
Pod zadatkom (2) prognoze
38
650. g. p. n. e. , Babilonci su predviđali vrijeme na temelju oblaka i astrologije. Moderno doba prognoze vremena započinje otkrićem električnog telegrafa 1835. Telegraf je omogućio istovremenu razmjenu izvještaja o vremenskim uvjetima sa širokog područja kasnih 40-tih 19. stoljeća.
Lewis Fry Richardson(1881-1953)
Lewis Fry Richardson je među prvima 1922. godine izveo numeričku prognozu vremena. Njegovu tehnika proračuna – podjela prostora u kvadratiće mreže u kojoj su se rješavale diferencijalne jednadžbe konačnim razlikama – korištena je kasnije u prvim generacijama numeričkih modela atmosfere.
U to vrijeme tehnika prognoze vremena prezahtjevna (64000 ljudi bi bilo potrebno za svakodnevnu prognozu)
Njegov je pokušaj da izračuna stanje atmosfere za jedan 6-satni period trajao 6 tjedana i završio je neuspjehom. Razlog-nestabilnost u modelu. Proračun je dao promjenu tlaka (dp/dt ~ 0.7 Pa/s) u nekoj točki za 145 hPa/6 h.
3.1. Počeci numeričke prognoze vremena
39
Lewis Fry Richardson(1881-1953)http://en.wikipedia.org/wiki/Lewis_Fry_Richardson
3.1. Počeci numeričke prognoze vremena
40
•Matematičar John von Neumann sa Sveučilišta Princeton radio je na kompjuterskim simulacijama nuklearnih eksplozija te se zainteresirao za prognozu vremena jer su oba procesa ne-linearna.
•1946.ubrzo nakon što je ENIAC mašina postala operativna, von Neumann je započeo pripreme za numeričku prognozu vremena.
•U to doba (kao protivnik komunizma) von Neumann se nadao da će modeliranje stanja atmosfere dovesti do kontrole nad vremenom, što bi se moglo koristiti i kao ratno oružje. Npr., ruske žetve mogle bi biti desetkovane sušama koje bi bile pokrenute iz SAD.
•Prva prognoza vremena izvedena na ENIAC računalu 1950. godine (Charney, Fjortoft i von Neumann, 1950.).
•Korišten Richardsonov pristup, dijeleći atmosferu u ćelije mreže uz numeričko rješavanje barotropne jednadžbe vrtložnosti u konačnim razlikama.
•2-D relativno uspješna prognoza je pokrila Sjevernu Ameriku • izračunata pomoću 270 točaka s ∆x ~ 700 km i ∆t = 3 h
John von Neumann(1903-1957)
(Austro-Ugarska-SAD)http://en.wikipedia.org/wiki/John_
von_Neumann
ENIAC-mašinahttp://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_model
3.1. Počeci numeričke prognoze vremena
Dimenzije procesa u meteorologiji
41
• glavni procesi locirani duž
dijagonale prostorno-vremenskog
dijagrama
Makroskalni procesi
Mezoskalni procesi
Mikroskalni procesi
• procesi male skale su kratkotrajni,
• procesi na velikoj prostornoj skali
su dugotrajni
Dijagonalnost nam dopušta odvojeno modeliranje određene kombinacije
prostornih i vremenskih skala !
Klasifikacija modela atmosfere
42
• Prema načinu rješavanja osnovnih jednadžbi (uz odgovarajuće prilagodbe) modele dijelimo na:
• Analitičke modele
• Numeričke modele
• Prema sustav jednadžbi modele dijelimo na:
• Modele na temelju primitivnih jednadžbi
• Modele na temelju izvedenih jednadžbi
• S obzirom na skale gibanja i područje koje obuhvaćaju (domene) dijelimo na:
• Globalni modeli (opća cirkulacija atmosfere, dx > 500 km)
• Mezoskalni modeli ograničenog područja (LAM) (ciklone, anticiklone, fronte (dx ~ 2-500 km)
• Mikroskalni modeli (strujanje u gradovima, vjetroelektrane...dx <2 km) – modeli dinamike
fluida (CFD)
• Podjela modela prema korištenim numeričkim metodama:
• Modeli konačnih razlika
• Modeli konačnih elemenata
• Spektralni modeli
Postupak primjene modela
43
(1) Odabir modela prema potrebama modeliranja-odabir tipa
modela i računalnih resursa
(2) Odabir domene
(3) Odabir početnih uvjeta
(4) Odabir rubnih uvjeta (model manje razlučivosti)
(5) Proračun
(6) Analiza rezultata i njihova vizualizacija
Primjer uragana Ivana (Sept 2004) za 48-satnu integraciju WRF modela napravljenu pomičnom mrežom na 4 km rezoluciji.
Sustav (primitivnih) jednadžbi
44
( ) ( ) ( )0=
∂∂+
∂∂+
∂∂+
∂∂
z
w
y
v
x
u
t
ρρρρ
( ) ( ) ( ) ( )uu CR
x
p
z
wu
y
vu
x
uu
t
u ++∂∂−=
∂∂+
∂∂+
∂∂+
∂∂ 'ρρρρ
( ) ( ) ( ) ( )vv CR
y
p
z
wv
y
vv
x
uv
t
v ++∂∂−=
∂∂+
∂∂+
∂∂+
∂∂ 'ρρρρ
( ) ( ) ( ) ( )'
' ρρρρρgCR
z
p
z
ww
y
vw
x
uw
t
www −++
∂∂−=
∂∂+
∂∂+
∂∂+
∂∂
( ) ( ) ( ) ( )ψψ
ψρψρψρρψQR
z
w
y
v
x
u
t+=
∂∂+
∂∂+
∂∂+
∂∂
U Kartezijevom koordinatnom sustavu (x, y, z) one izgledaju u formi toka:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
jednadžba kontinuiteta
jednadžbe gibanja
prognostička jednadžba
za skalare
45
Prizemna i visinska dijagnostička karta Visinski podaci (mjereni)
Početni uvjeti
46
Satelitske slike
Početni uvjeti
Radarska mjerenja
47WWW
a) kratkoročne prognoze 0 do 72 satakoje se dijele na :
1) nowcasting (opisuje tekuće meteorološke uvjete i prognozuza 0-2 sata;
2) vrlo kratkoročna prognoza (prognoza za 0-12 sati)3) kratkoročna prognoza (prognoza za 12-72 sati)
b) srednjoročne prognoze prognoza od 72 sata do 10 dana.
c) dugoročne prognoze duže od 10 dana.
Produkti modela=podjela modela s obzirom na prognostičko razdoblje
48
Prognostička karta
49ALADIN HRza širu javnost
50
Pod zadatkom (3) klimatološke analize-> Sezonska prognoza
Pogreška prognoze i ansambl prognostički sustav
� NWP integracije započete s vrlo sličnim početnim uvjetima mogu rezultirati jako različitim prognozama
� U gornjem lijevom kutu je primjer analize, a ostalih 15 sličica primjer prognoza prizemnog tlaka za t+132 h izračunatih iz neznatno različitih početnih uvjeta
� Ponašanje atmosfere je kaotično!
� Točnost prognoza ovisi o veličini pogreške u početnim uvjetima (initial uncertainties), ali pogreška nastaje i zbog toga što numerički modeli samo probližno opisuju zakone fizike (model uncertainties)
� Ansambl prognostički sustav temeljen na određenom konačnom broju determinističkih prognoza najbolje prognozira funkciju gustoće vjerojatnosti (PDF) u nekom budućem terminu
Prediktabilnost atmosfere
� Ako su prognoze u ansamblu koherentne (mali rasap) atmosfera je u prediktabilnijem stanju nego ako prognoze jako divergiraju
54
Drought38%
Storm, Hail20%
Earthquake12%
Frost8%
Fire7%
Flood7%
Several causes
6%Other
2%
Drought38%
Storm, Hail20%
Earthquake12%
Frost8%
Fire7%
Flood7%
Several causes
6%Other
2%
Economic losses (%) caused by naturalhazards in Croatia, 1980 - 2002
DHMZ
Mete
oro
log
ical an
d H
yd
rolo
gic
al S
erv
ice o
f C
roati
ah
ttp
://
mete
o.h
r
Hazard list
Tornado (rotational high winds)
Strong windsStorm surgeRiver floodingCoastal floodingFlash floodsThunderstorm or lightningHeavy snow HailstormFreezing rainDense fogHeat waveCold waveDroughtForest or wild land fireSmoke, Dust or HazeEarthquakes…
